(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、
前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、
前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、
前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分の異なる二つの側に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられ、前記二つの側の表面波伝搬部が互いに相似形状または対称形状である、プラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、
前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、
前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、
前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分の少なくとも一部に隣接して電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられ、前記隣接する表面波伝搬部は前記複数の誘電体の外周の形状と相似をなす形状を有するか、または前記複数の誘電体の形状と対称となる形状を有する、プラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、
前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、
前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、
前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分が、前記処理容器の内部から見て多角形の輪郭をなし、
前記複数の誘電体は、前記多角形の輪郭の頂角同士を隣接させて配置され、
前記複数の誘電体の周囲の少なくとも一部において、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられている、プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数の誘電体は、四角形の板状である、請求項１〜３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記四角形は、正方形、菱形、角の取れた正方形または角の取れた菱形である、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数の誘電体は、三角形の板状である、請求項１〜３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記三角形は、正三角形または角の取れた正三角形である、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体で囲まれている前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面の形状と、前記金属電極のプラズマ側の面の形状が同じである、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体の外縁が、前記金属電極の外縁より外側にある、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体の外縁が、前記金属電極の外縁と同じか、もしくは内側にある、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記複数の誘電体の厚さが、隣り合う前記複数の誘電体の中心間の距離の１／２９以下である、請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記複数の誘電体の厚さが、隣り合う前記複数の誘電体の中心間の距離の１／４０以下である、請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記複数の誘電体は、前記蓋体のプラズマ側の面に形成された凹部に挿入されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と、前記金属電極のプラズマ側の面が同一面に配置されている、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面は、保護膜で覆われている、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面の中心線平均粗さが、２．４μｍ以下である、請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面の中心線平均粗さが、０．６μｍ以下である、請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記蓋体のプラズマ側の面において、前記複数の誘電体に隣接する領域に、前記蓋体と電気的に接続された金属カバーが取り付けられ、
前記処理容器の内部に露出した前記金属カバーのプラズマ側の面に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられている、請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記複数の誘電体の側面が、前記金属カバーの側面と隣接している、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記処理容器の内部に露出した前記金属カバーのプラズマ側の面と、前記金属電極のプラズマ側の面が同一面に配置されている、請求項１８または１９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記処理容器の内部から見て、前記金属カバーのプラズマ側の面の形状と、前記金属電極のプラズマ側の面の形状が同じである、請求項１８〜２０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記処理容器の内部に露出した前記金属カバーのプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面の中心線平均粗さが、２．４μｍ以下である、請求項１８〜２１のいずれか記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記処理容器の内部に露出した前記金属カバーのプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面の中心線平均粗さが、０．６μｍ以下である、請求項１８〜２１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記複数の誘電体に形成された穴を貫通し、前記金属電極を前記蓋体に固定する複数の接続部材を備える、請求項１〜２３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記複数の誘電体に形成された穴の少なくとも一部には、前記蓋体と前記金属電極とを電気的に接続させる弾性部材が設けられている、請求項２４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記接続部材は、金属からなる、請求項２４または２５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記処理容器の内部に露出する前記接続部材のプラズマ側の面が、前記金属電極のプラズマ側の面と同一面に配置されている、請求項２４〜２６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記複数の誘電体は、四角形の板状であり、
前記接続部材は、前記四角形の対角線上に配置されている、請求項２４〜２７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記接続部材は、前記複数の誘電体の１つあたりに４つ設けられている、請求項２８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３０】
前記複数の誘電体および前記金属電極を、前記蓋体に向けて付勢する弾性部材を有する、請求項１〜２９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記蓋体のプラズマ側の面には、連続する溝が設けられており、
前記表面波伝搬部および前記複数の誘電体は、溝で囲まれた領域内に配置される、請求項１〜３０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３２】
前記溝により、前記表面波伝搬部が区画されている、請求項３１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３３】
前記処理容器の内面には、連続する凸部が設けられており、
前記表面波伝搬部および前記複数の誘電体は、凸部で囲まれた領域内に配置される、請求項１〜３０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３４】
前記凸部により、前記表面波伝搬部が区画されている、請求項３３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３５】
前記複数の誘電体のプラズマと反対側の面には、前記複数の誘電体を貫通せずに、端部が隣接または近接した、電磁波を前記複数の誘電体に伝える１または複数の金属棒を備えている、請求項１〜３４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３６】
前記金属棒は、前記複数の誘電体の中央部に配置されている、請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３７】
前記複数の誘電体と前記蓋体との間に、前記処理容器の内部と外部との雰囲気を隔てる封止部材を備えている、請求項３５または３６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３８】
前記複数の誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／２以下である、請求項１〜３７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３９】
前記複数の誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／５以下である、請求項１〜３７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項４０】
前記表面波伝搬部に、処理容器に所定のガスを放出させるガス放出部を有する請求項１〜３９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項４１】
前記複数の誘電体の露出部分の面積が、基板上面の面積の１／５以下である、請求項１〜４０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項４２】
前記電磁波源から供給される電磁波の周波数が２ＧＨｚ以下である、請求項１〜４１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを励起させて基板に対して成膜などの処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置やＬＣＤ装置などの製造工程においては、マイクロ波を利用して処理容器内にプラズマを励起させ、基板に対してＣＶＤ処理やエッチング処理等を施すプラズマ処理装置が用いられている。かかるプラズマ処理装置として、処理容器の内面に配置した誘電体にマイクロ波源から同軸管や導波管によってマイクロ波を供給し、処理容器内に供給された所定のガスをマイクロ波のエネルギによってプラズマ化させるものが知られている。
【０００３】
近年、基板などの大型化に伴ってプラズマ処理装置も大きくなってきているが、処理容器の内面に配置され誘電体を単一の板とした場合、大型化した誘電体の製造が困難で製造コストを高騰させる要因となっていた。そこで、かかる不具合を解消すべく、本出願人は、処理容器の蓋体下面に複数の誘電体を取り付けることにより、誘電体板を複数に分割する技術を提案した（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−３１０７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、以上のようなマイクロ波を利用した従来のプラズマ処理装置では、マイクロ波源で出力した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、処理容器の蓋体下面に配置された誘電体に透過させて、処理容器の内部に供給する構成である。この場合、誘電体は処理容器に収納された基板の処理面（上面）のほぼ全体を覆うように配置されており、処理容器の内部に露出する誘電体の露出面の面積は、基板の処理面の面積とほぼ同程度の大きさであった。これにより、誘電体の下面全体で発生させたプラズマを用いて、基板の処理面全体に均一な処理を行っていた。
【０００５】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置のように誘電体の露出面積を基板の処理面の面積とほぼ同程度とした場合、誘電体の使用量が多く必要であり、経済的でないという難点がある。特に最近では基板が大型化しており、誘電体の使用量が更に多く必要になってきており、コストアップの要因となっている。
【０００６】
また、処理容器の蓋体下面全体に誘電体を配置した場合、基板の処理面全体に処理ガスを均一に供給することが難しくなるという問題も生ずる。即ち、誘電体として例えばＡｌ２Ｏ３などが用いられるが、金属製の蓋体に比べて、誘電体にガス供給孔を加工することが困難であり、通常は、ガス供給孔は蓋体の露出箇所のみに設けられる。このため、基板の処理面全体にシャワープレートのような状態で処理ガスを均一に供給することが難しくなってしまう。
【０００７】
エッチングやＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などのプラズマ処理において、プラズマから基板表面に入射するイオンのエネルギを制御するために、基板に高周波バイアスを印加して基板に自己バイアス電圧（負の直流電圧）を発生させることがある。このとき、基板に印加した高周波バイアスが基板周辺のシースのみにかかることが望ましいが、処理容器内面の多くが誘電体に覆われてプラズマからグランド面（処理容器内面）があまり見えない状況では、グランド面周辺のシースにもかかってしまう。このため、基板に過剰に大きな高周波電力を印加する必要があるばかりでなく、グランド面に入射するイオンのエネルギが増加してグランド面がエッチングされ、金属汚染を引き起こす問題があった。
【０００８】
さらに、処理速度を早くするために大電力のマイクロ波を投入すると、プラズマからのイオンや電子の入射により誘電体の温度が上昇し、熱応力により誘電体が破損したり、誘電体表面のエッチング反応が促進されて不純物汚染を引き起こす問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のように、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置では、入手の容易さ、経済性などの理由により、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源が一般的に用いられてきた。一方最近では、２ＧＨｚ以下といった周波数の低いマイクロ波を利用したプラズマ処理が提案されており、例えば、８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚといった比較的低い周波数のマイクロ波を利用したプラズマ処理が検討されている。安定で電子温度が低いプラズマを得るための下限の電子密度が周波数の二乗に比例するため、周波数を下げるとより広範囲な条件でプラズマ処理に適したプラズマが得られるためである。
【００１０】
本発明者は、かかる２ＧＨｚ以下といった周波数の低いマイクロ波を用いたプラズマ処理について種々の検討を行った。その結果、２ＧＨｚ以下の周波数のマイクロ波を処理容器内面の誘電体に透過させた場合、誘電体の周囲から処理容器内面などの金属表面に沿ってマイクロ波を有効に伝搬させることができ、この金属表面に沿って伝搬するマイクロ波によって処理容器内にプラズマを励起させることができるといった新規な知見を得た。なお、このように金属表面とプラズマとの間を金属表面に沿って伝搬するマイクロ波を、本明細書において「導体表面波」と呼ぶ。
【００１１】
一方、かかる導体表面波を金属表面に沿って伝搬させて、処理容器内にプラズマを励起させる場合、誘電体の周囲においてマイクロ波を伝搬させる表面波伝搬部の形状や大きさが不均一であると、導体表面波によって処理容器内に励起されるプラズマも不均一となってしまう。その結果、基板の処理面全体に均一な処理ができなくなる恐れがある。
【００１２】
そこで本発明は、導体表面波を利用して処理容器内にプラズマを励起させるプラズマ処理装置において、基板に対する処理の均一性を更に向上させるべく創出されたものである。
【００１３】
本発明によれば、プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分の異なる二つの側に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられ、前記二つの側の表面波伝搬部が互いに相似形状または対称形状である、プラズマ処理装置が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分の少なくとも一部に隣接して電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられ、前記隣接する表面波伝搬部は前記複数の誘電体の外周の形状と相似をなす形状を有するか、または前記複数の誘電体の形状と対称となる形状を有する、プラズマ処理装置が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源とを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる、前記処理容器の内部に一部を露出させた複数の誘電体を、前記処理容器の蓋体のプラズマ側の面に備えたプラズマ処理装置であって、前記複数の誘電体のプラズマ側の面のそれぞれに金属電極が設けられ、前記金属電極と前記蓋体のプラズマ側の面の間に露出する前記複数の誘電体の部分が、前記処理容器の内部から見て多角形の輪郭をなし、前記複数の誘電体は、前記多角形の輪郭の頂角同士を隣接させて配置され、前記複数の誘電体の周囲の少なくとも一部において、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体のプラズマ側の面と前記金属電極のプラズマ側の面に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられている、プラズマ処理装置が提供される。本発明のプラズマ処理装置にあっては、誘電体から表面波伝搬部に沿って伝搬させたマイクロ波（導体表面波）により、処理容器内にプラズマを励起させることができる。更に、このプラズマ処理装置によれば、誘電体の周囲に形成される表面波伝搬部の形状や大きさがほぼ均一となり、導体表面波によって処理容器内に励起されるプラズマが均一となる。その結果、基板の処理面全体に均一な処理ができるようになる。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置において、前記複数の誘電体は、例えば、実質的に四角形の板状である。その場合、前記四角形は、例えば、正方形、菱形、角の取れた正方形または角の取れた菱形である。あるいは、前記複数の誘電体は、例えば、実質的に三角形の板状である。その場合、前記三角形は、例えば、正三角形または角の取れた正三角形である。前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体で囲まれている前記処理容器の内部に露出した前記蓋体下面の形状と、前記金属電極下面の形状が実質的に同じであることが望ましい。
【００１７】
前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体の外縁が、前記金属電極の外縁より外側にあっても良い。あるいは、前記処理容器の内部から見て、前記複数の誘電体の外縁が、前記金属電極の外縁と同じか、もしくは内側にあっても良い。
【００１８】
前記複数の誘電体の厚さは、例えば、隣り合う前記複数の誘電体の中心間の距離の１／２９以下であり、好ましくは、前記複数の誘電体の厚さが、隣り合う前記複数の誘電体の中心間の距離の１／４０以下である。
【００１９】
前記複数の誘電体は、例えば、前記蓋体下面に形成された凹部に挿入されている。その場合、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体下面と、前記金属電極下面が同一面に配置されていても良い。なお、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体下面と前記金属電極下面は、不働態保護膜で覆われていても良い。また、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体下面と前記金属電極下面の中心線平均粗さが、例えば、２．４μｍ以下であり、好ましくは、前記処理容器の内部に露出した前記蓋体下面と前記金属電極下面の中心線平均粗さが、０．６μｍ以下である。
【００２０】
前記蓋体下面において、前記複数の誘電体に隣接する領域に、前記蓋体と電気的に接続された金属カバーが取り付けられ、前記処理容器の内部に露出した前記金属カバー下面に、電磁波を伝搬させる表面波伝搬部が設けられていても良い。その場合、前記複数の誘電体の側面が、前記金属カバーの側面と隣接していても良い。また、前記処理容器の内部に露出した前記金属カバー下面と、前記金属電極下面が同一面に配置されていても良い。また、前記処理容器の内部から見て、前記金属カバー下面の形状と、前記金属電極下面の形状が実質的に同じであっても良い。また、前記処理容器の内部に露出した前記金属カバー下面と前記金属電極下面の中心線平均粗さが、例えば、２．４μｍ以下であり、好ましくは、前記処理容器の内部に露出した前記金属カバー下面と前記金属電極下面の中心線平均粗さが、０．６μｍ以下である。
【００２１】
前記複数の誘電体に形成された穴を貫通し、前記金属電極を前記蓋体に固定する複数の接続部材を備えていても良い。その場合、前記複数の誘電体に形成された穴の少なくとも一部には、前記蓋体と前記金属電極とを電気的に接続させる弾性部材が設けられていても良い。また、前記接続部材は、例えば、金属からなる。また、前記処理容器の内部に露出する前記接続部材の下面が、前記金属電極の下面と同一面に配置されていても良い。また、前記複数の誘電体は、例えば、実質的に四角形の板状であり、前記接続部材は、前記四角形の対角線上に配置されている。また、前記接続部材は、前記複数の誘電体の１つあたりに４つ設けられていても良い。
【００２２】
前記複数の誘電体および前記金属電極を、前記蓋体に向けて付勢する弾性部材を有しても良い。
【００２３】
前記蓋体下面には、例えば、連続する溝が設けられており、前記複数の誘電体は、溝で囲まれた領域内に配置されても良い。この場合、前記溝により、前記表面波伝搬部が区画されていても良い。あるいは、前記処理容器の内面には、例えば、連続する凸部が設けられており、前記複数の誘電体は、凸部で囲まれた領域内に配置されても良い。この場合、前記凸部により、前記表面波伝搬部が区画されていても良い。
【００２４】
前記複数の誘電体の上部には、前記複数の誘電体を貫通せずに、前記複数の誘電体の上面に下端が隣接または近接した、電磁波を前記複数の誘電体に伝える１または複数の金属棒を備えても良い。その場合、前記金属棒は、前記複数の誘電体の中央部に配置されていても良い。また、前記複数の誘電体と前記蓋体との間に、前記処理容器の内部と外部との雰囲気を隔てる封止部材を備えていても良い。
【００２５】
なお、前記複数の誘電体の露出部分の面積が、例えば、前記表面波伝搬部の面積の１／２以下であり、好ましくは、前記複数の誘電体の露出部分の面積が、前記表面波伝搬部の面積の１／５以下である。なお、前記表面波伝搬部に、処理容器に所定のガスを放出させるガス放出部を有しても良い。また、前記複数の誘電体の露出部分の面積が、例えば、基板上面の面積の１／５以下である。また、前記電磁波源から供給される電磁波の周波数が、例えば、２ＧＨｚ以下である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、処理容器の内部に露出している誘電体の周囲に形成される表面波伝搬部の形状や大きさがほぼ同一となり、導体表面波によって処理容器内に励起されるプラズマが均一となる。その結果、基板の処理面全体に均一な処理ができるようになる。また、誘電体周囲に配置させた表面波伝搬部に沿って伝搬させた電磁波（導体表面波）でプラズマを励起させることができるので、誘電体の使用量を大幅に少なくすることが可能となる。また、処理容器の内部に露出する誘電体の露出面積を小さくすることにより、誘電体の過熱による誘電体の破損やエッチング等が抑制されるとともに、処理容器内面からの金属汚染の発生がなくなる。特に、２ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を利用した場合、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を利用した場合と比べて、安定で電子温度が低いプラズマを得るための下限の電子密度を約１／７とすることができ、これまで使えなかったより広範囲な条件でプラズマ処理に適したプラズマが得られるようになり、処理装置の汎用性を著しく向上させることができる。この結果、一台の処理装置で処理条件が異なる複数の連続した処理を行うことが可能になり、高品質な製品を短時間に低コストで製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、電磁波の一例としてマイクロ波を用いたプラズマ処理装置１に基づいて説明する。
【００２８】
（プラズマ処理装置１の基本構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２〜４中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図１中のＣ−Ｃ断面図である。図５は、図１中のＦ部分の拡大図である。図６は、図１中のＧ部分の拡大図である。図７は、この実施の形態で使用される誘電体２０の平面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２９】
このプラズマ処理装置１は、中空の容器本体２と、この容器本体２の上方に取り付けられた蓋体３で構成される処理容器４を備えている。処理容器４の内部には密閉空間が形成されている。処理容器４全体（処理容器２および蓋体３）は導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、電気的に接地された状態になっている。
【００３０】
処理容器４の内部には、基板として半導体基板やガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ１０が設けられている。このサセプタ１０は例えば窒化アルミニウムからなり、その内部には、基板Ｇを静電吸着すると共に処理容器４の内部に所定のバイアス電圧を印加させるための給電部１１と、基板Ｇを所定の温度に加熱するヒータ１２が設けられている。給電部１１には、処理容器４の外部に設けられたバイアス印加用の高周波電源１３がコンデンサなどを備えた整合器１４を介して接続されると共に、静電吸着用の高圧直流電源１５がコイル１６を介して接続されている。ヒータ１２には、同様に処理容器２の外部に設けられた交流電源１７が接続されている。
【００３１】
処理容器４の底部には、処理容器４の外部に設けられた真空ポンプなどの排気装置（図示せず）によって処理容器４内の雰囲気を排気するための排気口２０が設けられている。また、サセプタ１０の周囲には、処理容器４の内部において、ガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板２１が設けられている。
【００３２】
蓋体３の下面には、例えばＡｌ２Ｏ３からなる４つの誘電体２５が取付けられている。誘電体２５として、例えばフッ素樹脂、石英などの誘電材料を用いることもできる。図７に示すように、誘電体２５は正方形の板状に構成されている。誘電体２５の四隅には、対角線に対して直角に切り落とされた平坦部２６が形成されているので、厳密には、誘電体２５は８角形である。しかしながら、誘電体２５の幅Ｌに比べて、誘電体２５の平坦部２６の長さＭは十分に短く、誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる。
【００３３】
図２に示すように、これら４つの誘電体２５は、互いの頂角同士（平坦部２６同士）を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように４つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、４つの誘電体２５に囲まれた蓋体３の下面中央に、正方形の領域Ｓが形成される。
【００３４】
各誘電体２５の下面には、金属電極２７が取り付けられている。金属電極２７は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極２７も正方形の板状に構成されている。なお、本願明細書では、このように各誘電体２５の下面に取り付けられた板状の金属部材を、「金属電極」と呼ぶ。但し、金属電極２７の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器の内部から見ると、金属電極２７の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。
【００３５】
誘電体２５および金属電極２７は、ネジ等の接続部材３０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材３０の下面３１は、金属電極２７の下面と同一面になっている。なお、接続部材３０の下面３１は、必ずしも金属電極２７の下面と同一面でなくても良い。誘電体２５に対する接続部材３０の貫通箇所には、リング状のスペーサー２９が配置されている。このスペーサー２９の上にはウェーブワッシャー等の弾性部材２９’が配置され、誘電体２５の上下面に隙間のない状態になっている。誘電体２５の上下面に制御されない隙間があると、誘電体２５を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、全体としてプラズマの均一性が悪くなったり、マイクロ波入力側から見た負荷インピーダンスが不安定になってしまう。また、隙間が大きいと、放電したりもする。誘電体２５および金属電極２７を蓋体３の下面に密着させて且つ接続部で確実に電気的、熱的に接触させるために、接続部に弾性のある部材を用いる必要がある。弾性部材２９’は、例えば、ウェーブワッシャー、バネワッシャー、皿バネ、シールドスパイラル等でも良い。材質は、ステンレススチール、アルミ合金等である。接続部材３０は導電性の金属などで構成され、金属電極２７は、接続部材３０を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。接続部材３０は、例えば、四角形に構成された金属電極２７の対角線上に４箇所に配置されている。
【００３６】
接続部材３０の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部３２に突出している。このように空間部３２に突出した接続部材３０の上端には、バネワッシャー、ウェーブワッシャー等の弾性部材３５を介してナット３６が取り付けられている。この弾性部材３５の弾性により、誘電体２５および金属電極２７は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。この場合、蓋体３の下面に対する誘電体２５および金属電極２７の密着力の調整は、ナット３６の調整によって容易に行われる。
【００３７】
蓋体３下面と誘電体２５上面との間には、封止部材としてのＯリング３７が配置されている。Ｏリング３７は、例えばメタルＯリングである。後述するように、このＯリング３７によって、処理容器４の内部雰囲気が、同軸管８７の内部雰囲気と遮断され、処理容器４の内部と外部との雰囲気が隔てられている。
【００３８】
接続部材３０の中心部には、縦方向のガス流路４０が設けられており、誘電体２５と金属電極２７との間には、横方向のガス流路４１が設けられている。金属電極２７の下面には、複数のガス放出孔４２が分散して開口されている。後述するように、蓋体３内の空間部３２に供給された所定のガスが、ガス流路４０、４１およびガス放出孔４２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。
【００３９】
４つの誘電体２５に囲まれた蓋体３の下面中央の領域Ｓには、金属カバー４５が取り付けられている。この金属カバー４５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属カバー４５は、金属電極２７と同様に、幅Ｎの正方形の板状に構成されている。
【００４０】
金属カバー４５は、誘電体２５と金属電極２７の合計程度の厚さを有する。このため、金属カバー４５下面と金属電極２７下面は、同一面になっている。
【００４１】
金属カバー４５は、ネジ等の接続部材４６によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材４６の下面４７は、金属カバー４５の下面と同一面になっている。なお、接続部材４６の下面４７は、必ずしも金属カバー４５の下面と同一面でなくても良い。接続部材４６は、例えば、四角形に構成された金属カバー４５の対角線上に４箇所に配置されている。ガス放出孔５２を均等に配置するために、誘電体２５の中心と接続部材４６の中心間の距離は、隣り合う誘電体２５の中心間の距離Ｌ'の１／４に設定されている。
【００４２】
接続部材４６の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部３２に突出している。このように空間部３２に突出した接続部材４６の上端には、バネワッシャー、ウェーブワッシャー等の弾性部材４８を介してナット４９が取り付けられている。この弾性部材４８の弾性により、金属カバー４５は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。
【００４３】
接続部材４６の中心部には、縦方向のガス流路５０が設けられており、蓋体３下面と金属カバー４５との間には、横方向のガス流路５１が設けられている。金属カバー４５の下面には、複数のガス放出孔５２が分散して開口されている。後述するように、蓋体３内の空間部３２に供給された所定のガスが、ガス流路５０、５１およびガス放出孔５２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。
【００４４】
蓋体３の下面において、４つの誘電体２５の外側の領域には、サイドカバー５５が取り付けられている。このサイドカバー５５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。サイドカバー５５も、誘電体２５と金属電極２７の合計程度の厚さを有する。このため、サイドカバー５５下面は、金属カバー４５下面および金属電極２７下面と同一面になっている。
【００４５】
サイドカバー５５の下面には、４つの誘電体２５を取り囲むように配置された２重の溝５６、５７が設けられており、これら２重の溝５６、５７で仕切られた内側の領域において、サイドカバー５５には、４つのサイドカバー内側部分５８が形成されている。これらサイドカバー内側部分５８は、処理容器４の内部から見た状態において、金属カバー４５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。ただし、サイドカバー内側部分５８の二等辺三角形の高さは、金属カバー４５を対角線で２等分した二等辺三角形の高さよりも、僅かに（導体表面波の波長の１／４程度）長くなっている。これは、導体表面波から見た二等辺三角形の底辺部における電気的な境界条件が、両者で異なるためである。
また、本実施形態においては、溝５６、５７は処理容器内部から見ると８角形の形状になっているが、４角形の形状になっていてもよい。こうすれば、４角形の溝５６、５７の角と誘電体２５との間にも、同様の直角二等辺三角形の領域が形成される。また溝５６、５７で仕切られた外側の領域において、サイドカバー５５には、蓋体３下面の周辺部を覆うサイドカバー外側部分５９が形成されている。
【００４６】
後述するように、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置８５から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面に沿って伝搬させられる。その際、溝５６、５７は、サイドカバー内側部分５８下面に沿って伝搬させられたマイクロ波（導体表面波）が、溝５６、５７を超えて外側（サイドカバー外側部分５９）に伝搬させないようにするための、伝搬障害部として機能する。このため、本実施の形態では、蓋体３の下面において溝５６、５７で囲まれた領域である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面が表面波伝搬部となる。
【００４７】
サイドカバー５５は、ネジ等の接続部材６５によって、蓋体３の下面に取り付けられている。処理容器の内部に露出している接続部材６５の下面６６は、サイドカバー５５の下面と同一面になっている。なお、接続部材６５の下面６６は、必ずしもサイドカバー５５の下面と同一面でなくても良い。
【００４８】
接続部材６５の上端は、蓋体３の内部に形成された空間部３２に突出している。このように空間部３２に突出した接続部材６５の上端には、バネワッシャー、ウェーブワッシャー等の弾性部材６７を介してナット６８が取り付けられている。この弾性部材６７の弾性により、サイドカバー５５は、蓋体３の下面に密着するように付勢されている。
【００４９】
接続部材６５の中心部には、縦方向のガス流路７０が設けられており、蓋体３下面とサイドカバー５５との間には、横方向のガス流路７１が設けられている。サイドカバー５５の下面には、複数のガス放出孔７２が分散して開口されている。後述するように、蓋体３内の空間部３２に供給された所定のガスが、ガス流路７０、７１およびガス放出孔７２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。
【００５０】
蓋体３の上面中央には、処理容器４の外部に配置されたマイクロ波源８５から供給されるマイクロ波を伝送させる同軸管８６が接続されている。同軸管８６は、内部導体８７と外部導体８８とによって構成されている。内側導体８７は、蓋体３の内部に配置された分岐板９０に接続されている。
【００５１】
図４に示すように、分岐板９０は、内部導体８７との連結位置を中心とする４本の枝導体９１を十字状に配置した構成である。各枝導体９１の先端下面には、金属棒９２が取付けてある。これら同軸管８６、分岐板９０、金属棒９２は、Ｃｕなどの導電性部材により形成される。
【００５２】
金属棒９２の上端には、蓋体３の上部に設けられたバネ９３の押圧力が、支柱９４を介して加えられている。金属棒９２の下端は、蓋体３の下面に取り付けられた誘電体２５の上面中央に当接している。誘電体２５の上面中央には、金属棒９２の下端を受ける凹部９５が形成されている。バネ９３の押圧力によって、金属棒９２は、下端を誘電体２５上面中央の凹部９５に挿入させた状態で、誘電体２５を貫通せずに上から押し付けられている。支柱９４は、テフロン（登録商標）等の絶縁体からなる。なお、凹部９５を設けるとマイクロ波入力側から見た反射を抑制することができるが、なくてもよい。
【００５３】
マイクロ波供給装置８５からは、周波数が２ＧＨｚ以下のマイクロ波として例えば９１５ＭＨｚの周波数をもったマイクロ波が、同軸管８６に対して導入されるようになっている。これにより、９１５ＭＨｚのマイクロ波が、分岐板９０で分岐されて、金属棒９２を介して各誘電体２５に伝送される。
【００５４】
蓋体３の上面には、プラズマ処理に必要な所定のガスの供給用のガス配管１００が接続されている。また、蓋体３の内部には、冷媒供給用の冷媒配管１０１が設けられている。処理容器４の外部に配置されたガス供給源１０２からガス配管１００を通じて供給された所定のガスは、蓋体３内の空間部３２に供給された後、ガス流路４０、４１、５０、５１、７０、７１およびガス放出孔４２、５２、７２を通って、処理容器４の内部に向けて分散して供給されるようになっている。
【００５５】
冷媒配管１０１には、処理容器４の外部に配置された冷媒供給源１０３が配管１０４によって接続されている。配管１０４を通じて冷媒供給源１０３から冷媒配管１０１に冷媒が供給されることにより、蓋体３は所定の温度に保たれている。
【００５６】
（プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理）
以上のように構成された本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１において、例えば基板Ｇの上面にアモルファスシリコンが成膜される場合について説明する。先ず、基板Ｇが処理容器４の内部に搬入され、サセプタ１０上に基板Ｇが載置される。その後、密閉された処理容器４内において所定のプラズマ処理が行われる。
【００５７】
プラズマ処理中は、ガス供給源１０２からガス配管１００、空間部３２、ガス流路４０、４１、５０、５１、７０、７１およびガス放出孔４２、５２、７２を経て、プラズマ処理に必要な例えばアルゴンガス／シランガス／水素の混合ガスが処理容器４内に供給される。また、排気口２０から排気され、処理容器４内が所定の圧力に設定される。この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１にあっては、上述したように、処理容器４の内部に露出している金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面の全体にガス放出孔４２、５２、７２が細かく分布して設けられている。これにより、プラズマ処理中は、蓋体３下面全体に配置させた各ガス放出孔４２、５２、７２から、基板Ｇの処理面全体にシャワープレートのような状態で所定のガスを均一に供給することができ、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面全体に所定のガスを満遍なく供給することが可能となる。
【００５８】
そして、このように所定のガスが処理容器２内に供給される一方で、ヒータ１２によって基板Ｇが所定の温度に加熱される。また、マイクロ波供給装置８５で発生させられた例えば９１５ＭＨｚのマイクロ波が、同軸管８６、分岐板９０および電極棒９２を通じて、各誘電体２５中に伝送させられる。そして、各誘電体２５を透過したマイクロ波が、導体表面波の状態で、表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面に沿って伝搬させられていく。
【００５９】
ここで、図８は、表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面において、導体表面波が伝搬していく状態の説明図である。プラズマ処理中、導体表面波（マイクロ波）Ｗは、蓋体３の下面において格子状に露出している誘電体２５を透過し、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面に沿って伝搬させられる。この場合、金属カバー４５と金属電極２７は、いずれも面積がほぼ同一の正方形であり、また、金属カバー４５と金属電極２７は、いずれも、処理容器内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で四辺を囲まれた状態になっている。このため、金属カバー４５と金属電極２７に対しては、誘電体２５を透過した導体表面波Ｗがほとんど等しい状態で伝搬させられる。その結果、金属カバー４５下面と金属電極２７下面においては、全体的に均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることができる。
【００６０】
一方、金属カバー４５と金属電極２７が、処理容器内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で四辺を囲まれた状態になっているのに対して、サイドカバー内側部分５８は、処理容器内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）で２辺のみが囲まれた状態になっている。このため、サイドカバー内側部分５８下面に対しては、金属カバー４５および金属電極２７に比べて、約半分程度のパワーで導体表面波Ｗが伝播させられる。しかしながら、サイドカバー内側部分５８は、サイドカバー５５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状であり、サイドカバー内側部分５８の面積は、金属カバー４５と金属電極２７の面積のほぼ半分である。このため、サイドカバー内側部分５８下面においても、金属カバー４５下面および金属電極２７下面と等しい条件でプラズマを生成させることができる。
【００６１】
また、処理容器内に露出している誘電体２５の部分（周辺部）を中心に考えると、一部を除けば、図８に示すように、処理容器内に露出している誘電体２５の部分の両側には、同様の直角二等辺三角形で示される表面波伝搬部部分ａが左右対称に形成されている。このため、表面波伝搬部部分ａに対しては、いずれも等しい条件で、処理容器内に露出している誘電体２５の部分から導体表面波Ｗが伝搬させられる。その結果、表面波伝搬部全体（即ち、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面全体）において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることができる。
【００６２】
加えて、このプラズマ処理装置１では、上述したように、処理容器４の内部に露出している金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面の全体にガス放出孔４２、５２、７２が細かく分布して設けられていることにより、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面全体に所定のガスを満遍なく供給することができる。このため、表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【００６３】
（導体表面波の伝搬と周波数との関係）
処理容器４内に生成されるプラズマＰの誘電率は、εｒ′−ｊεｒ″で表わされる。プラズマＰの誘電率には損失成分もあるため複素数で表現される。プラズマＰの誘電率の実部εｒ′は通常−１よりも小さい。プラズマＰの誘電率は、次式（１）で表される。
【００６４】
【数１】
0005213530.tif 000002
【００６５】
また、プラズマＰにマイクロ波を入射したときの伝搬特性は、次式（２）にて表される。
【数２】
0005213530.tif 000003
ここで、ｋは波数、ｋ０は真空中の波数、ωはマイクロ波角周波数、νｃは電子衝突周波数、ωｐｅは次式（３）で表される電子プラズマ周波数である。
【００６６】
【数３】
0005213530.tif 000004
ここで、ｅは素電荷、ｎｅはプラズマＰの電子密度、ε０は真空中の誘電率、ｍｅは、電子の質量である。
【００６７】
進入長δは、マイクロ波を入射したとき、マイクロ波がどれだけプラズマ内部に入射可能であるかを示す。具体的には、マイクロ波の電界強度ＥがプラズマＰの境界面での電界強度Ｅ０の１／ｅに減衰するまでに進入した距離が進入長δである。進入長δは、次式（４）で表される。
δ＝−１／Ｉｍ（ｋ）・・・（４）
ｋは、前述したように波数である。
【００６８】
電子密度ｎｅが次式（５）で表されるカットオフ密度ｎｃより大きい場合、マイクロ波はプラズマ中を伝搬することができず、プラズマＰに入射されたマイクロ波は急速に減衰する。
nc = ε0 me ω2／e2・・・（５）
式（４）によれば、進入長δは、数ｍｍ〜数１０ｍｍとなり、電子密度が高いほど短くなる。また、電子密度ｎｅが、カットオフ密度ｎｃより充分大きい場合、進入長δは、周波数にあまり依存しない。
【００６９】
一方、プラズマＰのシース厚さｔは、次式（６）で表される。
【数４】
0005213530.tif 000005
ここで、Ｖｐはプラズマ電位、ｋＢはボルツマン定数、Ｔｅは電子温度、λＤは次式（７）で表されるデバイ長（Ｄｅｂｙｅ  ｌｅｎｇｔｈ）である。デバイ長λＤは、プラズマ中の電位の乱れがいかに迅速に減衰するかを示す。
【００７０】
【数５】
0005213530.tif 000006
【００７１】
式（６）によれば、シース厚さｔは、数１０μｍ〜数１００μｍとなる。また、シース厚さｔはデバイ長λＤに比例することがわかる。また、式（６）では、電子密度ｎｅが高いほどデバイ長λＤは短くなることが理解できる。
【００７２】
「導体表面波の波長、減衰量」
導体表面波の伝搬モデルとして、図７に示すように、導体である表面波伝搬部（金属カバー４５、金属電極２７またはサイドカバー内側部分５８）の下面とプラズマＰとの間に形成された無限に広い厚さtのシースｇをz方向に導体表面波Ｗが伝搬する場合について説明する。シースｇの誘電率をεr=1、プラズマＰの誘電率をεr’−jεr’'とする。マクスウェルの方程式から、図９のy方向の磁界Hyが満たす方程式を導くと、次のようになる。
【数６】
0005213530.tif 000007
【００７３】
ただし、hは固有値であり、シースの内外で次のように表される。
【数７】
0005213530.tif 000008
ここで、γは伝搬定数、hiはシースｇ中における固有値、heはプラズマＰ中における固有値である。固有値hiおよびheは、一般には複素数となる。
【００７４】
導体である蓋体３の下面においてｚ方向の電界強度が０になるという境界条件から、式（８）の一般解は、次のようになる。
【数８】
0005213530.tif 000009
ここで、AおよびBは任意定数である。
【００７５】
シースｇとプラズマＰとの境界において、磁界及び電界の接線成分が連続になることから任意定数を消去すると、以下の特性方程式が導かれる。
【数９】
0005213530.tif 000010
【００７６】
特性方程式（１３）のうち、シース厚さtは式（６）より、プラズマＰの誘電率εr’−jεr’'は式（１）より求められる。従って、連立方程式（１３）を解くことにより、固有値hiおよびheがそれぞれ求められる。複数の解が存在する場合には、シース内の磁界分布が双曲線関数になる解を選べばよい。さらに、式（９）より伝搬定数γが求められる。
【００７７】
伝搬定数γは、減衰定数αと位相定数βから、γ＝α＋ｊβと表される。伝搬定数の定義から、プラズマの電界強度Ｅは、次式（１４）にて示される。
Ｅ＝Ｅ０×ｅ−ｊγｚ＝Ｅ０ｅ−αｚｅｊβｚ・・・（１４）
【００７８】
ここで、ｚは導体表面波ＴＭの伝搬距離、Ｅ０は伝搬距離ｚが０のときの電界強度を示す。ｅ−αｚは導体表面波ＴＭが伝搬とともに指数関数的に減衰する効果を表し、ｅｊβｚは導体表面波ＴＭの位相の回転を表す。また、β＝２π／λcであるから、位相定数βから導体表面波ＴＭの波長λcが求められる。よって、伝搬定数γがわかると、導体表面波ＴＭの減衰量と導体表面波ＴＭの波長λcとを算出できる。なお、減衰定数αの単位は、Ｎｐ（ネーパ）／ｍであり、後程示す各グラフの単位ｄＢ／ｍとは、以下の関係がある。
１Ｎｐ／ｍ＝２０／ｌｎ（１０）ｄＢ／ｍ＝８．６８６ｄＢ／ｍ
【００７９】
これらの式を用いて、マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚ、電子温度Ｔeが２ｅＶ、プラズマ電位Ｖｐが２４Ｖ、電子密度ｎｅが１×１０１１ｃｍ−３、４×１０１１ｃｍ−３、１×１０１２ｃｍ−３のときの進入長δ、シース厚さｔ、導体表面波ＴＭの波長λcをそれぞれ計算した。その結果を次表に示す。
【００８０】
【表１】
0005213530.tif 000011
【００８１】
導体表面波は、ある電子密度以下ではカットオフになり伝搬できない。この電子密度を導体表面波共鳴密度nrといい、式（５）で表されるカットオフ密度の２倍の値となる。カットオフ密度は周波数の二乗に比例するから、導体表面波は周波数が低いほど低い電子密度でも伝搬する。
【００８２】
導体表面波共鳴密度nrの値を計算すると、２.４５ＧＨｚのとき１．５×１０１１ｃｍ−３となる。実際のプラズマ処理条件では、表面付近の電子密度が１×１０１１ｃｍ−３以下になることがあるが、このような条件では導体表面波が伝搬しない。一方、９１５ＭＨｚのときには２．１×１０１０ｃｍ−３となり、２．４５ＧＨｚの場合の約１／７となる。９１５ＭＨｚでは、表面付近の電子密度が１×１０１１ｃｍ−３以下となっても導体表面波が伝搬する。このように、表面付近の電子密度が１×１０１１ｃｍ−３程度の低密度プラズマにおいても表面波を伝搬させるには、２ＧＨｚ以下の周波数を選択する必要がある。
【００８３】
また、導体表面波の減衰量は、周波数を下げると減小する。これは、次のように説明される。式（１）によれば、周波数を下げるとプラズマＰの誘電率の実部εｒ′が負に大きくなり、プラズマインピーダンスが小さくなることが分かる。従って、プラズマにかかるマイクロ波電界がシースにかかるマイクロ波電界と比較して弱くなり、プラズマ中におけるマイクロ波の損失が小さくなるため、導体表面波ＴＭの減衰量が減小する。
【００８４】
導体表面波をプラズマの生成に利用しようとした場合、マイクロ波の周波数としてあまり高い周波数を選択すると、導体表面波が必要な箇所まで伝搬しないために均一なプラズマを生成することができない。導体表面波を用いて均一なプラズマを励起するには、２ＧＨｚ以下程度の周波数を選択する必要がある。
【００８５】
一方、図１に示したプラズマ処理装置１において、誘電体２５から放出された導体表面波が処理容器４の内壁（容器本体２の内面）に沿って基板Ｇの周辺まで伝搬してしまうと、処理容器４内に生成されるプラズマＰが不均一になりプロセスの均一性が悪化する。即ち、この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１によれば、２ＧＨｚ以下のマイクロ波を使用することにより、誘電体２５の周囲から表面波伝搬部（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）全体に伝搬させた導体表面波により均一なプラズマＰを生成させることができる。しかし一方で、導体表面波が不適切な位置まで伝搬すると、処理容器４内に生成されるプラズマＰが不均一になる要因となるおそれがある。また、導体表面波がゲートバルブやビューポートにまで伝搬すると、導体表面波ＴＭがもつエネルギにより、これらの機器の近傍に設けられたＯリングが焼損したり、これらの機器の直近にてプラズマが生成され、機器表面に反応生成物が付着して不具合を生じさせるおそれがある。そこで、この実施の形態のプラズマ処理装置１では、２重の溝５６、５７で仕切られた内側の領域に４つの誘電体２５を配置し、表面波伝搬部が２重の溝５６、５７で囲まれた領域内に形成されている。これにより、溝５６、５７で囲まれた表面波伝搬部のみに導体表面波を有効に伝搬させることができる。
【００８６】
図１０に示したように、断面が略矩形状の溝５６、５７を選択した場合、溝５６、５７の幅をＷ、深さをＤとすれば、溝５６、５７のアスペクト比Ｄ／Ｗは、導体表面波の伝搬を抑制するためは、溝５６、５７のアスペクト比Ｄ／Ｗを、０．２６≦Ｄ／Ｗ≦５を満たすように定める必要がある。また、溝５６、５７の幅Ｗは、シース厚さｔの２倍より大きく（２ｔ＜Ｗ）、進入長δの２倍より小さい（２δ＞Ｗ）必要がある。また、溝５６、５７のコーナ部（図１０のコーナＣａ、Ｃｂ）やエッジ部（図１０のエッジＥ）では、インピーダンスが不連続になるため伝搬する導体表面波の一部が反射する。コーナ部やエッジ部の角が丸くなるとインピーダンスの不連続性が緩和されるため、透過量が増加する。特に、コーナ部やエッジ部の曲率半径Ｒが導体表面波の波長に対して無視できない程度に大きくなると、透過量が大きく増加する。溝５６、５７のコーナ部、エッジ部の曲率半径は、導体表面波の波長λの１／４０よりも小さい必要がある。なお、二重の溝５６、５７を形成する例を示したが、単一の溝５６または溝５７の一方のみでも、導体表面波の伝搬を抑制することが可能である。
なお、溝の代わりに凸部を連続状に形成し、凸部で囲まれた領域内に導体表面波を形成しても良い。その場合、凸部の高さはシース厚さｔよりも高く導体表面波の波長λの１／２より小さくする。また、凸部は一重でも良いし、二重以上でもよい。
【００８７】
（誘電体２５の露出面積と基板Ｇの表面積の関係（１／５））
処理容器４の内部において行われるプラズマ処理においては、サセプタ１０上に載置された基板Ｇの表面へのイオン入射が重要な役割を担っている。例えば、プラズマ成膜処理では、基板Ｇの表面にプラズマ中のイオンを入射させながら成膜を行うことにより、基板Ｇの温度が低温でも高品質な薄膜を短時間で形成することができる。また、プラズマエッチング処理では、基板Ｇの表面へのイオンの垂直入射による異方性エッチングにより、微細なパターンを正確に形成することが可能になる。このように、何れのプラズマ処理においても、良好なプロセスを行うには基板Ｇの表面へのイオン入射エネルギをプロセス毎に最適な値に制御することが不可欠となる。基板Ｇの表面へのイオン入射エネルギは、高周波電源１３からサセプタ１０を通して基板Ｇに印加される高周波バイアス電圧によって制御することができる。
【００８８】
図１１に、サセプタ１０（高周波印加電極）と蓋体３（対向電極＝グランド電極３’）との間に高周波電圧を印加したプラズマ処理中の処理容器４内の状態を模式的に示す。なお、図１等に示した実施の形態では、蓋体３下面において処理容器４内に露出している金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面がグランド電極３’となる。プラズマ処理装置１の処理容器４内では、基板Ｇの上方において、基板サイズを超えた外側の範囲まで、高密度のプラズマＰが生成される。このように、基板サイズを超えた範囲までプラズマＰを生成させることにより、基板Ｇの上面（処理面）全体に均一なプラズマ処理を行うことができる。例えば、２．４ｍ×２．１ｍのガラス基板を処理する場合を例にすると、プラズマＰの生成範囲は、基板サイズより片側で１５％程度、両側で３０％程度大きな領域である。このため、蓋体３の下面においては、基板サイズよりも片側で１５％程度（両側で３０％程度）の範囲が、グランド電極３’（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）となる。
【００８９】
一方、高周波電源１３から基板Ｇに高周波バイアス電圧が印加されることにより、プラズマ処理中の処理容器４内では、プラズマＰと基板Ｇの上面（処理面）との間およびプラズマＰと蓋体３下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）のグランド電極３’の部分との間にはプラズマシースｇ、ｓが形成される。高周波電源１３から印加された高周波バイアス電圧は、これらプラズマシースｇ、ｓに分圧されてかかることになる。
【００９０】
ここで、基板Ｇの処理面（上面）の表面積をＡｓ、プラズマＰと対向している蓋体３下面のグランド電極３’となっている部分の面積をＡｇとし、基板Ｇの処理面とプラズマＰとの間のプラズマシースｓにかかる高周波電圧をＶｓ、蓋体３の下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）とプラズマＰとの間のプラズマシースｇにかかる高周波電圧をＶｇとする。これら高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇと、面積Ａｓ、Ａｇとには、次の式（１５）の関係がある。
(Vs/Vg)=(Ag/As)４    （１５）
Brian Chapman、
"Glow Discharge Processes、" A Wiley Interscience Publication、 1980.
【００９１】
プラズマシースｓ、ｇを流れる電子電流の影響により、プラズマシースｓ、ｇにかかる高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇが大きくなると、プラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧が大きくなる。プラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧の増加分は、高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇの振幅（0 to peak値）とほぼ等しい。プラズマＰ中のイオンはプラズマシースｓ、ｇにかかる直流電圧により加速されて電極面である基板Ｇの処理面および蓋体３の下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）に入射するが、このイオン入射エネルギは、高周波電圧Ｖｓ、Ｖｇによって制御することができる。
【００９２】
この実施の形態で示したプラズマ装置１の場合、高周波電源１３によって基板Ｇの処理面と蓋体３下面との間に印加された高周波電圧（＝Ｖｓ＋Ｖｇ）は、基板Ｇ表面および蓋体３下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）の近傍に形成されるプラズマシースｓ、ｇに分圧してかかることとなる。このとき、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇを可能な限り小さくし、高周波電源１３から印加された高周波電圧の大半が、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓにかかるようにすることが望ましい。なぜならば、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇが大きくなると、電力効率が悪化するばかりでなく、蓋体３（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面＝グランド電極３’）に入射するイオンのエネルギが増加し、蓋体３下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）がスパッタされて金属汚染が引き起こされるからである。実際のプラズマ処理装置では、蓋体３下面近傍のプラズマシースｇにかかる高周波電圧Ｖｇが、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓにかかる高周波電圧Ｖｓの１／５以下でないと実用にならない。即ち（１５）式より、プラズマＰと対向している蓋体３下面のグランド電極３’となっている部分の面積（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面の合計面積、即ち、表面波伝搬部の面積）は、最低でも基板Ｇ表面の面積の１．５倍以上でなければならないことが分かる。
【００９３】
従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、基板Ｇと対向する蓋体３の下面の大部分がマイクロ波を伝えるための誘電体２５で覆われているため、特に大型基板用のプラズマ処理装置では高密度プラズマが接するグランド電極の面積が小さかった。上述のように、例えば２．４ｍ×２．１ｍのガラス基板を処理するプラズマ処理装置１においては、高密度のプラズマＰが基板サイズより片端１５％程度、両端で３０％程度大きな領域に生成され、このプラズマＰと対向する蓋体３の下面部分（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）がグランド電極３’となる。仮に、このグランド電極３’の部分において、誘電体２５が処理容器４の内部の露出しておらず全て接地部であれば、プラズマＰと対向するグランド電極３’の面積は基板面積の１．７倍（（１＋０．３）２）となる。ところが、従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、グランド電極３’のうちの大部分が誘電体２５で覆われているため十分な面積が得られなかった。このため、従来の大型基板用のマイクロ波プラズマ処理装置では、高周波バイアスを印加すると金属汚染を生じる危惧があった。
【００９４】
そこで、この実施の形態にかかるプラズマ処理装置１では、処理容器４の内部に露出する誘電体２５の露出面の面積をなるべく小さくし、誘電体２５の露出面の面積を基板Ｇの上面の面積の１／５以下に抑える構成とした。なお、先に説明したように、本発明では蓋体３の下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）の表面波伝搬部に沿って伝搬する導体表面波を用いて処理容器４内にプラズマＰを発生させることができるので、誘電体２５の露出面積を小さくしても、グランド電極３’の下面全体において有効にプラズマＰを発生させることができる。このように、プラズマＰと接する誘電体２５の露出面の面積を基板Ｇの上面の面積の１／５以下とすれば、必然的に、プラズマＰと対向するグランド電極３’の面積は、最低でも基板Ｇ表面の面積の１．５（１．７−１／５）倍以上確保される。これにより、蓋体３下面がスパッタされることによる金属汚染を引き起こすことなく、高周波電源１３から印加された高周波電圧を、基板Ｇ表面近傍のプラズマシースｓに効率よく印加させることが可能となる。
【００９５】
（処理容器４内における誘電体２５の露出部分の面積）
誘電体２５の端部まで誘電体２５中を伝搬したマイクロ波は、誘電体２５に隣接した金属表面上（即ち、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）を導体表面波として伝搬していく。このとき、図８に示したように、処理容器４内に露出している誘電体２５の部分の両側に形成される２つの表面波伝搬部部分ａを対称な形状にするとともに、これら２つの表面波伝搬部部分ａにマイクロ波のエネルギが等分に分配されるようにすれば、２つの表面波伝搬部部分ａには密度および分布が等しいプラズマが励起され、表面波伝搬部全体として均一なプラズマが得られやすい。
【００９６】
一方、誘電体２５が処理容器４内に露出している部分でも、誘電体表面波によりプラズマが励起される。誘電体表面波は、誘電体２５とプラズマとの両方にマイクロ波電界がかかるのに対し、導体表面波は、プラズマのみにマイクロ波電界がかかるので、一般に導体表面波の方がプラズマにかかるマイクロ波電界が強くなる。このため、金属表面である表面波伝搬部（即ち、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）には誘電体２５表面よりも密度が高いプラズマが励起される。
【００９７】
誘電体２５の露出部分の面積が表面波伝搬部部分ａの面積よりも十分小さければ、プラズマの拡散により基板Ｇの周辺では均一なプラズマが得られる。しかし、誘電体２５の露出部分の面積が片方の表面波伝搬部部分ａの面積よりも大きければ、すなわち、表面波伝搬部全体で見ると、誘電体２５の露出部分の合計面積が、表面波伝搬部の面積の１／２よりも大きければ、不均一なプラズマになるばかりでなく、面積の小さな表面波伝搬部に電力が集中して異常放電が発生したりスパッタリングが起こる可能性が高くなる。従って、誘電体２５の露出部分の合計面積の面積を、表面波伝搬部の面積の１／２以下、より好ましくは１／５以下にすることが望ましい。
【００９８】
（誘電体２５の厚さ）
この実施の形態では、誘電体２５および金属電極２７が、接続部材３０によって蓋体３の下面に取り付けられているが、金属電極２７を蓋体３に電気的に接続させている接続部材３０の周辺では、誘電体２５中をマイクロ波が伝搬することができない。接続部材３０の周辺を抜けたマイクロ波は、誘電体２５の角部まで回折の効果である程度は回り込むが、誘電体２５の角部のマイクロ波電界強度は、他の部分より弱くなる傾向がある。あまり弱くなると、プラズマの均一性が悪化してしまう。
【００９９】
図１２に、電磁界シミュレーションにより求めたシース中のマイクロ波電界の定在波分布を示す。誘電体２５の材質はアルミナである。プラズマ中の電子密度は3×１０11cm-3、圧力は１３．３Paである。なお、図１１に示すように、一枚の金属電極２７を中心として、隣接する金属カバー４５の中心点を頂点に持つ領域（もしくは、この隣接する金属カバー４５の中心点を頂点に持つ領域と同様の機能を果たす、サイドカバー内側部分５８を二等分した領域）を含むユニットを、セルと呼ぶ。想定したセルは、一辺の長さが１６４mmの正方形である。セルの中央に、セルに対して４５°回転した状態で誘電体２５が存在している。電界が強い部分が明るく表示されている。金属電極２７下面、金属カバー４５、サイドカバー内側部分５８下面には、規則的で対称な２次元的な定在波が生じていることがわかる。これはシミュレーションにより求めた結果であるが、実際にプラズマを立ててプラズマを観察すると、全く同じ分布が得られることが分かっている。
【０１００】
誘電体２５の厚さを３ｍｍから６ｍｍまで変えたときの、図１２の直線Ａ−Ｂにおけるシース中のマイクロ波電界強度分布を図１３に示す。縦軸は、直線Ａ−Ｂにおける最大電界強度で規格化してある。中央と端部（金属カバー角部）が定在波の腹の位置になっており、その間に節の位置があることが分かる。中央と端部で電界強度が概ね等しいことが望ましいが、端部の方が弱いことが分かる。
【０１０１】
こうして求められた金属カバー角部の規格化電界強度を、図１４に示す。誘電体２５の厚さが３ｍｍのときは９３％であるが、誘電体２５の厚さが厚くなると減少し、６ｍｍでは６６％になることが分かる。プラズマの均一性を考慮すれば、金属電極２７下面の角部と金属カバー４５の角部の規格化電界強度は７０％以上、より好ましくは８０％以上であることが望ましい。図１２から、規格化電界強度を７０％以上にするためには誘電体２５の厚さを４．１ｍｍ以下、８０％以上にするためには５．１ｍｍ以下にする必要があることが分かる。
【０１０２】
誘電体２５中を伝搬するマイクロ波の回折により誘電体２５に達するマイクロ波の強度は、誘電体２５の厚さだけでなく、伝搬障害物である接続部材３０と誘電体２５までの距離に依存する。この距離が長いほど、誘電体２５の角部に達するマイクロ波の強度は強くなる。接続部材３０と誘電体２５角部までの距離は、誘電体２５の中心間の距離（セルのピッチ）に概ね比例する。従って、誘電体２５の中心間の距離に対し、誘電体２５の厚さを一定以下に設定すればよいことになる。図１２においてセルのピッチは１６４ｍｍであるから、規格化電界強度を７０％以上にするためには誘電体２５の厚さを誘電体２５の中心間の距離の１／２９以下に、８０％以上にするためには１／４０以下にすればよい。
【０１０３】
（表面波伝搬部の平坦性）
電子密度が高くなるとシースに印加されるマイクロ波電界強度が大きくなる。表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面に微小な角部があると、角部に電界が集中して過熱され、異常放電（アーク放電）が発生することがある。一度異常放電が発生すると、金属表面を溶かしながら放電部が動き回り、金属表面に大きな損傷を与えてしまう。表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面の中心線平均粗さがシースの厚さよりも十分小さければ、微小な角部があっても金属表面に平均的に電界がかかるから、電界が集中することはなく、異常放電も起こらない。
【０１０４】
先にシース厚さｔについて説明したが、シース厚さｔは電子密度の平方根に逆比例する。最大の電子密度として、１×1013cm-3を仮定すれば十分である。このときのデバイ長は３．３μｍであり、Ａｒプラズマの場合、シースの厚さはその３．５倍の１２μｍとなる。金属表面の中心線平均荒さがシースの厚さの１／５以下、より好ましくは１／２０以下になっていれば、微小な角部での電界集中は無視できる。従って、２．４μm、より好ましくは０．６μｍ以下になっていればよい。
【０１０５】
（変形例）
以下、プラズマ処理装置１の他の実施の形態を説明する。なお、先に図１等で説明したプラズマ処理装置１と共通の構成要素については、同一の符号を付することにより、重複説明を省略する。
【０１０６】
（変形例１）
図１５は、変形例１にかかるプラズマ処理装置１の蓋体３の下面図である。この変形例１にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ２Ｏ３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、図７に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。
【０１０７】
各誘電体２５の下面には、金属電極２７が取り付けられている。金属電極２７は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極２７も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極２７の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器の内部から見ると、金属電極２７の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。
【０１０８】
誘電体２５および金属電極２７は、ネジ等の接続部材３０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属電極２７は、接続部材３０を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属電極２７の下面には、複数のガス放出孔４２が分散して開口されている。
【０１０９】
蓋体３の下面の各領域Ｓには、金属カバー４５が取り付けられている。各金属カバー４５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。金属カバー４５は、金属電極２７と同様に、幅Ｎの正方形の板状に構成されている。
【０１１０】
金属カバー４５は、誘電体２５と金属電極２７の合計程度の厚さを有する。このため、金属カバー４５下面と金属電極２７下面は、同一面になっている。
【０１１１】
金属カバー４５は、ネジ等の接続部材４６によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属カバー４５の下面には、複数のガス放出孔５２が分散して開口されている。
【０１１２】
蓋体３の下面において、８つの誘電体２５の外側の領域には、サイドカバー５５が取り付けられている。このサイドカバー５５は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなり、蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。サイドカバー５５も、誘電体２５と金属電極２７の合計程度の厚さを有する。このため、サイドカバー５５下面は、金属カバー４５下面および金属電極２７下面と同一面になっている。
【０１１３】
サイドカバー５５の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５６が連続して設けられており、この溝５６で仕切られた内側の領域において、サイドカバー５５には、８つのサイドカバー内側部分５８が形成されている。これらサイドカバー内側部分５８は、処理容器４の内部から見た状態において、サイドカバー５５を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。ただし、サイドカバー内側部分５８の二等辺三角形の高さは、金属カバー４５を対角線で２等分した二等辺三角形の高さよりも、僅かに（導体表面波の波長の１／４程度）長くなっている。これは、導体表面波から見た二等辺三角形の底辺部における電気的な境界条件が、両者で異なるためである。
また、本実施形態においては、溝５６は処理容器内部から見ると８角形の形状になっているが、４角形の形状になっていてもよい。こうすれば、４角形の溝５６の角と誘電体２５との間にも、同様の直角二等辺三角形の領域が形成される。また溝５６で仕切られた外側の領域において、サイドカバー５５には、蓋体３下面の周辺部を覆うサイドカバー外側部分５９が形成されている。
【０１１４】
プラズマ処理中、マイクロ波供給装置８５から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面に沿って伝搬させられ、蓋体３の下面において、溝５６で囲まれた領域である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面が表面波伝搬部となる。
【０１１５】
サイドカバー５５は、ネジ等の接続部材６５によって、蓋体３の下面に取り付けられている。サイドカバー５５の下面には、複数のガス放出孔７２が分散して開口されている。
【０１１６】
図１５に示した変形例１にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。蓋体３の下面に取り付けられる誘電体２５の枚数および配置は任意に変更できる。
【０１１７】
（変形例２）
図１６は、変形例２にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図１７中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図１７は、図１６中のＡ−Ａ断面図である。この変形例２にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ２Ｏ３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、図７に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。
【０１１８】
各誘電体２５の下面には、金属電極２７が取り付けられている。金属電極２７は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極２７も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極２７の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器の内部から見ると、金属電極２７の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。
【０１１９】
誘電体２５および金属電極２７は、ネジ等の接続部材３０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。この実施の形態では、金属棒９２の下端が誘電体２５を貫通し、金属棒９２の下端が金属電極２７の上面に接触した状態になっている。また、金属棒９２下端と金属電極２７上面との接続部を囲むように、誘電体２５下面と金属電極２７上面との間に封止部材としてのＯリング３７’が配置されている。金属電極２７は、接続部材３０を介して蓋体３の下面に接続されて、電気的に接地された状態になっている。
【０１２０】
この実施の形態では、蓋体３の下面の各領域Ｓ、および、８つの誘電体２５の外側の領域において、蓋体３の下面が処理容器４内に露出した状態になっている。また、蓋体３の下面には、誘電体２５および金属電極２７が挿入される凹部３ａが設けられている。各凹部３ａに誘電体２５および金属電極２７が挿入されることにより、処理容器４内に露出している蓋体３の下面と金属電極２７下面が同一面になっている。
【０１２１】
蓋体３の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５６が連続して設けられており、この溝５６で仕切られた内側の領域において、蓋体３の下面には、８つの蓋体下面内側部分３ｂが形成されている。これら蓋体下面内側部分３ｂは、処理容器４の内部から見た状態において、金属電極２７を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。
【０１２２】
この変形例２にかかるプラズマ処理装置１においては、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置８５から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属電極２７下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面に沿って伝搬させられる。この変形例２にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極２７下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面の全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【０１２３】
（変形例３）
図１８は、変形例３にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図１９中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図１９は、図１８中のＡ−Ａ断面図である。この変形例３にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ２Ｏ３からなる４つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、図７に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面中央には、誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが形成される。
【０１２４】
変形例３にかかるプラズマ処理装置１では、各誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極２７と、領域Ｓに取り付けられる金属カバー４５と、誘電体２５の外側の領域に取り付けられるサイドカバー５５が一体に構成されている。また、サイドカバー５５下面の周縁部に溝５６が連続して設けられており、この溝５６で仕切られた内側の領域（即ち、金属電極２７下面、金属カバー４５下面およびサイドカバー５５下面）全体が表面波伝搬部となっている。
【０１２５】
この変形例３にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極２７下面、金属カバー４５下面およびサイドカバー５５下面全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【０１２６】
（変形例４）
図２０は、変形例４にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図（図２１中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。図２１は、図２０中のＡ−Ａ断面図である。この変形例４にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３の下面に例えばＡｌ２Ｏ３からなる８つの誘電体２５が取付けられている。先と同様、図７に示すように、各誘電体２５は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体２５は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線Ｌ’上に、各誘電体２５の頂角が隣接して配置される。このように８つの誘電体２５を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体２５同士において、中心点Ｏ’を結ぶ線上に、各誘電体２５の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体３の下面には、４つの誘電体２５に囲まれた正方形の領域Ｓが３箇所に形成される。
【０１２７】
各誘電体２５の下面には、金属電極２７が取り付けられている。金属電極２７は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体２５と同様に、金属電極２７も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極２７の幅Ｎは、誘電体２５の幅Ｌに比べて僅かに短い。このため、処理容器４の内部から見ると、金属電極２７の周囲には、誘電体２５の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器４の内部から見ると、誘電体２５の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。
【０１２８】
誘電体２５および金属電極２７は、ネジ等の接続部材３０によって、蓋体３の下面に取り付けられている。金属電極２７は、接続部材３０を介して蓋体３の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。
【０１２９】
この実施の形態では、蓋体３の下面の各領域Ｓ、および、８つの誘電体２５の外側の領域において、蓋体３の下面が処理容器４内に露出した状態になっている。また、蓋体３の下面は、全体的に平面形状に構成されている。このため、金属電極２７下面は、蓋体３の下面よりも下方に位置している。
【０１３０】
蓋体３の下面には、８つの誘電体２５を取り囲むように配置された溝５６が連続して設けられており、この溝５６で仕切られた内側の領域において、蓋体３の下面には、８つの蓋体下面内側部分３ｂが形成されている。これら蓋体下面内側部分３ｂは、処理容器４の内部から見た状態において、金属電極２７を対角線で２等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。また、蓋体３の下面の各領域Ｓには、複数のガス放出孔５２が分散して開口され、各蓋体下面内側部分３ｂには、複数のガス放出孔７２が分散して開口されている。
【０１３１】
この変形例４にかかるプラズマ処理装置１においては、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置８５から各誘電体２５に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体３の下面に露出している誘電体２５の周囲から金属電極２７下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面に沿って伝搬させられる。この変形例２にかかるプラズマ処理装置１によっても、表面波伝搬部である金属電極２７下面および蓋体３の各領域Ｓと各蓋体下面内側部分３ｂの下面の全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Ｇの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【０１３２】
（誘電体の外縁の位置）
図１等では、誘電体２５の外縁が金属電極２７の外縁より外側にあり、金属カバー４５の側面と隣接している例を示した。ここで、図２２〜２８は、誘電体２５、金属電極２７、金属カバー４５（金属カバー４５ａ）の外縁部分の形状を示す断面図（断面の位置は、図２中の断面Ｆに相当する。）である。図２２に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’よりも内側にあり、誘電体２５の側面（外縁２５’）のみが処理容器４の内部に露出していても良い。また、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’と同じ位置でも良い。
【０１３３】
また、図２３に示すように、誘電体２５の外縁２５’が金属電極２７の外縁２７’より外側にある場合、金属カバー４５の側面に、誘電体２５の外縁２５’を受容する凹部４５’を設けても良い。
【０１３４】
（蓋体下面の形状）
図１等では、平面形状の蓋体３、金属カバー４５を取り付けた例を示した。図２４、２５に示すように、蓋体３に、金属カバー４５と同様の形状の金属カバー４５ａを一体的に形成し、蓋体３下面において、金属カバー４５ａに隣接して設けられた凹部４５ｂに誘電体２５を挿入しても良い。この場合、金属カバー４５ａ下面の中心線平均粗さを、２．４μｍ以下、さらには０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【０１３５】
また、図２４に示すように、誘電体２５の外縁が金属カバー４５ａの側面と隣接しても良いし、図２５に示すように、誘電体２５の外縁が金属カバー４５ａの側面から離れていても良い。
【０１３６】
また、金属カバー４５及びサイドカバー５５を省略し、図２６〜２８に示すように、誘電体２５の周囲において、平面形状の蓋体３下面を露出させても良い。この場合、処理容器４の内部から見て、複数の誘電体２５で囲まれている蓋体３下面の形状と、誘電体２５に取り付けられている金属電極２７下面の形状が実質的に同じであることが望ましい。また、蓋体３下面の中心線平均粗さを、２．４μｍ以下、さらには０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【０１３７】
また、図２６に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’よりも外側にあっても良い。また、図２７に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’と同じ位置でも良い。また、図２８に示すように、誘電体２５の外縁２５’が、処理容器４の内部から見て、金属電極２７の外縁２７’よりも内側にあっても良い。その他、図２２、２３、２４、２５、２６、２７に示すように、金属電極２７の外縁２７’にテーパー部１１０を形成しても良い。また、図２２、２３に示すように、金属カバー４５の外縁にテーパー部１１１を形成しても良い。また、図２４、２５に示すように、蓋体３と一体の金属カバー４５ａの外縁にテーパー部１１２を形成しても良い。また、図２５、２６に示すように、誘電体２５の外縁にテーパー部１１３を形成しても良い。また、図２６、２８に示すように、金属電極２７の外縁２７’に逆テーパー部１１４を形成しても良い。
【０１３８】
（誘電体と金属電極の形状）
図１等では、正方形の誘電体２５を例示した。図２９に示すように、菱形の誘電体２５を用いても良い。この場合、誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極２７は、誘電体２５の相似の僅かに小さい菱形とすれば、金属電極２７の周囲において、誘電体２５の周辺部が菱形の輪郭を現す状態で処理容器４の内部に露出することとなる。誘電体２５の中心と接続部材４６の中心間の距離は、隣り合う誘電体２５の中心間の距離Ｌ'の１／４よりも短く設定されているが、等しくても良い。
【０１３９】
また、図３０に示すように、正三角形の誘電体２５を用いても良い。この場合、誘電体２５の下面に取り付けられる金属電極２７は、誘電体２５の相似の僅かに小さい正三角形とすれば、金属電極２７の周囲において、誘電体２５の周辺部が正三角形の輪郭を現す状態で露出することとなる。また、このように正三角形の誘電体２５を用いる場合、３つの誘電体２５の頂角同士を隣接させて、中心角が同じとなるように配置させれば、各誘電体２５同士の間に、金属電極２７と同様の形状の表面波伝搬部１１５を形成させることができる。
【０１４０】
（接続部材の構造）
なお、上述したように、誘電体２５および金属電極２７は蓋体３の下面に対して接続部材３０によって取り付けられている。この場合、図３１に示すように、弾性部材３５の下部に配置される下部ワッシャー３５ａと螺子（接続部材３０）の隙間を小さくする必要がある。なお、弾性部材３５には、ウェーブワッシャ、皿バネ、バネワッシャ、金属バネ等が用いられる。また、弾性部材３５を省略しても良い。
【０１４１】
図３２は、弾性部材３５として皿バネを用いたタイプである。皿バネは、バネ力が強いためＯリング３７を潰すのに十分な力を発生することができる。皿バネの上下の角がナット３６及び蓋体３に密着するので、ガスの漏れを抑えることができる。皿バネの材質は、ＮｉメッキしたＳＵＳ等である。
【０１４２】
図３３は、Ｏリング３５ｂを用いてシールするタイプである。ガスの漏れを無くすことができる。Ｏリング３５ｂは、穴上の角に配置されていてもよい。Ｏリング３５ｂと共に、ウェーブワッシャー、皿バネ等の弾性部材を用いてもよい。シールするために、Ｏリング３５ｂの代わりにシールワッシャーを用いてもよい。
【０１４３】
図３４は、テーパーワッシャー３５ｃを用いたタイプである。ナット３６を締めこんだとき、テーパーワッシャー３５ｃと蓋体３、及び螺子（接続部材３０）が密着して隙間がなくなり、確実にシールすることができる。さらに、螺子（接続部材３０）がテーパーワッシャー３５ｃにより蓋体３に固定されるため、ナット３６を締めているときにナット３６と共に螺子（接続部材３０）が回転することがない。このため、螺子（接続部材３０）と金属電極２７等が摺れて表面に傷がついたり、表面に形成された保護膜がはがれてしまう恐れがない。テーパーワッシャー３５ｃの材質は、金属または樹脂が良い。
【０１４４】
なお、誘電体２５および金属電極２７を固定する接続部材３０について説明したが、金属カバー４５を固定する接続部材４６およびサイドカバー５５を固定する接続部材６５についても同様に適用できる。また、図２８〜３０のタイプにおいては、螺子（接続部材３０）の回転防止機能が描かれていないが、螺子（接続部材３０）を金属電極２７等に圧入、焼嵌、溶接、接着等により固定してもよいし、螺子（接続部材３０）を金属電極２７等と一体に形成してもよい。また、螺子（接続部材３０）と蓋体３との間にキー溝を形成し、キーを挿入して回転を防止してもよい。さらに、螺子（接続部材３０）の末端（上端）部に６角部等を設けて、レンチ等でおさえながら螺子（接続部材３０）を締めるようにしてもよい。
【０１４５】
（プラズマドーピング処理）
なお、本発明のプラズマ処理装置を用いてプラズマドーピング処理（イオン注入処理）を行うこともできる。ここで、RLASプラズマ処理装置では、蓋体下面が上部誘電体に覆われているため、サセプターに対する対抗電極が基板上方に無く、グランドはチャンバーウォールとなる。そのため、RLASプラズマ処理装置では、基板上方に対抗電極となるグランドプレートを設けることで、イオンを基板に真直ぐ引き込む必要がある。しかしながら、プラズマ中にグランドプレートを設けると、基板に打ち込まれるイオンがグランドプレートに衝突し、グランドプレートにダメージを与え熱を生じさせる。つまり、プラズマドーピングによるイオンの効率が失われると事と、衝突によるスパッタリングと熱に変換される為コンタミの問題が生じる。
【０１４６】
これに対して、本願発明のプラズマ処理装置によれば、処理容器４の内部に露出する誘電体２５の露出面積が小さく、処理容器４内の上方に露出する蓋体３下面のほとんどが金属面となる。このため、蓋体３下面のほとんど全部がグランド電極として機能し、グランド電極を省略しても、基板Ｇの上面に対して垂直にプラズマドーピング（イオン注入）させることが容易にできると考えられる。
【０１４７】
なお、グランドプレートを設けると負のＤＣを掛けられる為、電位をコントロールでき、プラズマドーピングの深さをコントロール出来る。このため、本発明のプラズマ処理装置において、グランドプレートを設けることにより、プラズマドーピング処理を行う際に、プラズマドーピングの深さをコントロールすることも考えられる。
【０１４８】
例えば図１で説明したプラズマ処理装置１において基板Ｇに対するプラズマドーピングを行う場合、ガス供給源１０２からAsF3、BF3が、プラズマ励起用ガス兼ドーピング用ガスとして、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面の各ガス放出孔４２、５２、７２から、シャワープレートのような状態で処理容器４の内部に向けて分散して供給される。（プラズマ励起用の所定のガスとしてＡｒ等の希ガスと、ドーピング用の所定のガスとしてAsF3、またはBF3ガスを混合して供給しても良い）そして、マイクロ波源８５から例えば915MHzのマイクロ波を供給し、表面波伝搬部全体（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー内側部分５８下面）において、プラズマを励起させる。これにより、AsF3(→AsF2＋＋ F−)、BF3(→BF2＋＋F−)となり、ドーピングイオンである、AsF２＋、BF２＋イオンが生成される。そして、1×1015cm−２程度の高ドーズ量を10万回程度に分割して注入し、注入時に発生する表面正電荷をプラズマ中の電子で完全に打ち消しながら、MOSトランジスタのソース・ドレイン領域形成に必須の高ドーズ注入することで、ダメージの発生を完全に抑制する。
【０１４９】
また、基板Ｇへ到達するイオンにエネルギーを与えることが必要であるから、サセプタ１０内部に設置された給電部１１に、高周波電源１３からＲＦ電力を印加することで自己バイアス電圧を基板Ｇ上に発生させる。この時、処理容器４内の上方に露出する蓋体３下面（サイドカバー５５下面、金属カバー４５下面、金属電極２７下面）は、基板ＧにRF電力を印加した際のグランド面となるため、時間平均のプラズマ電位を殆ど上昇させることなく、基板Ｇ表面に負のセルフバイアスを発生させることが可能となる。
【０１５０】
この場合、図３５に示すように、サセプタ１０上の基板Ｇ表面に、-5kV〜-10kV程度の負バイアスを10μsec程度の間発生させ、イオン注入を行い、次いで、90μsec程度の間は表面に発生した正電荷をプラズマからの電子注入で完全に打ち消す。これを10万回繰り返すことで（10秒）、1×1015cm−2程度の高ドーズ量になる。
総ドーズ量は1×1015cm−2となる。10万回に分けると１回のドーズ量は、1×1010cm−2となる。このとき、図３６に示すように、イオン注入により２次電子が発生するが、１個のイオン注入が10個の２次電子を発生させるとすると、表面発生正電荷密度1.1×1011個／cm２となる。この正電荷量は1×1017cm−３の濃度のｎ領域の電子が11nmの厚さ分、すべて再結合して消滅する量である。この正電荷を90μsecの間のプラズマ中からの電子注入で打ち消していく。なお、サセプタ１０上の基板Ｇ表面に発生させる負バイアスの周期（イオン注入／電子注入の期間）は、10μsec ／90μsecの代わりに、もちろん20μsec ／ 80μsecでもよい。また、-5kV〜-10kVの基板バイアスは、１ＭＨｚ程度の高周波のパルスを給電部１１に印加することで発生させることができる。
【０１５１】
プラズマドーピングを行う場合、17kV/cm程度の電界ならダメージはまったく入らない。高ドーズ量注入を10万回程度に分けて注入し、その都度正電荷を打消す新しいイオン注入はダメージフリーイオン注入を実現することができる。
1×1015ｃｍ-2のドーズ量を連続注入すると、蓄積される正電荷は1.1×1016コ/cm2となり、発生する電界は
E=1.7×109V/cm
=1.7×106kV/cm
となり、Siの絶縁破壊電界強度300kV/cmをはるかに越えており、強烈なダメージが入る。このため、イオン注入は細かく分けて注入し、発生する正電荷を打消さなければならない。
【０１５２】
（変形例５）
図３７は、変形例５にかかるプラズマ処理装置１の概略的な構成を示した縦断面図である。この変形例５にかかるプラズマ処理装置１は、蓋体３下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面）に設けられたガス放出孔４２、５２、７２に加えて、下段ガスノズル１２０が設けられている。下段ガスノズル１２０は、蓋体３の下面（金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面）と基板Ｇとの空間に設けられている。下段ガスノズル１２０の下面には、複数のガス放出孔１２１が分散して開口されている。
【０１５３】
この変形例５にかかるプラズマ処理装置１では、ガス供給源１０２は、成膜やエッチングなどに用いられる処理用の所定のガス（例えばＢＦ３）を供給する第１ガス供給源１０２ａと、希ガス等のプラズマ励起用の所定のガス（例えばＡｒ）を供給する第１ガス供給源１０２ｂを備えている。第１ガス供給源１０２ａから第１流路１２５を経て供給された成膜やエッチング用の所定のガスは、下段ガスノズル１２０下面の各ガス放出孔１２１から、処理容器４内の下段において、処理容器４の内部に向けて分散して供給される。一方、第２ガス供給源１０２ｂから第２流路１２６を経て供給されたプラズマ励起用の所定のガスは、金属カバー４５下面、金属電極２７下面およびサイドカバー５５下面の各ガス放出孔４２、５２、７２から、処理容器４内の上段において、処理容器４の内部に向けて分散して供給される。
【０１５４】
このように、変形例５にかかるプラズマ処理装置１によれば、上段からプラズマ励起用のガスを、下段の電子温度が低下した部分から処理用のガスを供給することにより、ガスの過剰解離を抑制して、基板Ｇに良質なプラズマ処理を施すことができる。
【０１５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５６】
本発明にかかるプラズマ処理装置は、処理容器４の内表面は電界複合研磨、電界研磨の表面平坦化の後、非水溶液の陽極酸化によるAl2O3保護膜等を行うことが望ましい。但し、プラズマドーピングを行うプラズマ処理装置については、AsF3、PF3、BF３といったフッ素ガス100％で注入を行うから、Al2O3保護膜よりMgF2保護膜が望ましい。MgF2保護膜は、例えばAlMg(4.5%〜5%)Zr(0.1%) / F2処理(200℃) / 350℃アニールの処理条件で形成させることができる。
【０１５７】
例えば、誘電体２５の表面には、処理容器４の内部に露出する部分及び誘電体２５の凹部の外周部を除いて、導体膜として、例えば厚さ１０μｍ程度のＮｉ膜、Ａｌ膜を設けても良い。このように誘電体２５の表面に導体膜を設けることにより、処理容器４の内部に露出する部分以外の箇所においてマイクロ波が伝播しなくなり、Ｏリング３７等に対する悪影響を回避できる。この導体膜の形成箇所は、Ｏリング３７との接触箇所の他、誘電体２５の上面中央に設けられた凹部９５、接続部材３０との隣接部分、金属電極２７との接触面の少なくとも一部、などが考えられる。
【０１５８】
また、蓋体３の下面や容器本体２の内面には、保護膜としてアルミナ膜、イットリア膜、テフロン（登録商標）膜などを設けても良い。また、本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を処理することもできる。また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。また、以上では、周波数が２ＧＨｚ以下のマイクロ波として９１５ＭＨｚのマイクロ波を例にして説明したが、この周波数に限定されない。例えば８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚのマイクロ波も適用できる。また、マイクロ波以外の電磁波にも適用できる。また、蓋体３、容器本体３、金属電極２７、金属カバー４５、サイドカバー５５、接続部材３０、４６、６５等の表面には、アルミナ膜を形成しても良い。以上では、ガスは処理容器４の上面に開けたガス放出孔４２、５２、７２から放出される例を示したが、その代わりに容器側壁から蓋体３の下部空間に向けて放出する構成でもよい。また、本願では誘電体下面に設けられた金属体を「金属電極」と定義しており、実施例の金属電極２７は金属板で構成され蓋体に電気的に接続しているが、金属板の代わりに誘電体２５下面に被着させた金属膜で構成してもよいし、蓋体に電気的に接続させずフローティングとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、例えばＣＶＤ処理、エッチング処理に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２〜４中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１中のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図１中のＦ部分の拡大図である。
【図６】図１中のＧ部分の拡大図である。
【図７】誘電体２０の平面図である。
【図８】表面波伝搬部において、導体表面波が伝搬していく状態の説明図である。
【図９】導体表面波の伝搬モデルの説明図である。
【図１０】溝の説明図である。
【図１１】プラズマ処理中の処理容器内のプラズマの状態を模式的に示した説明図である。
【図１２】電磁界シミュレーションにより求めたシース中のマイクロ波電界の定在波分布の説明図である。
【図１３】図１２の直線Ａ−Ｂにおけるシース中のマイクロ波電界強度分布を示すグラフである。
【図１４】金属カバー角部の規格化電界強度を示すグラフである。
【図１５】変形例１にかかるプラズマ処理装置の蓋体の下面図である。
【図１６】変形例２にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図１７中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。
【図１７】図１６中のＡ−Ａ断面図である。
【図１８】変形例３にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図１９中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。
【図１９】図１８中のＡ−Ａ断面図である。
【図２０】変形例４にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図（図２１中のＤ−Ｏ’−Ｏ−Ｅ断面）である。
【図２１】図２０中のＡ−Ａ断面図である。
【図２２】誘電体の外縁が、処理容器の内部から見て、金属電極の外縁よりも内側にある変形例の説明図である。
【図２３】金属カバーの側面に、誘電体の外縁を受容する凹部を設けた変形例の説明図である。
【図２４】蓋体下面の凹部に誘電体を挿入した変形例の説明図である。
【図２５】蓋体下面の凹部に誘電体を挿入した別の変形例の説明図である。
【図２６】誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた変形例の説明図である。
【図２７】誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた別の変形例の説明図である。
【図２８】誘電体の周囲において、平面形状の蓋体を露出させた更に別の変形例の説明図である。
【図２９】菱形の誘電体の説明図である。
【図３０】正三角形の誘電体を用いた変形例にかかるプラズマ処理装置の蓋体の下面図である。
【図３１】弾性部材を用いた接続部材の構造の説明図である。
【図３２】皿バネを用いた接続部材の構造の説明図である。
【図３３】Ｏリングを用いてシールした接続部材の構造の説明図である。
【図３４】テーパーワッシャーを用いた接続部材の構造の説明図である。
【図３５】プラズマドーピングを行う場合の、基板上に発生させる自己バイアス電圧の周期を説明するためのグラフである。
【図３６】プラズマドーピングにより２次電子が発生する状態の説明図である。
【図３７】変形例５にかかるプラズマ処理装置の概略的な構成を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【０１６１】
Ｇ  基板
１  プラズマ処理装置
２  容器本体
３  蓋体
４  処理容器
１０  サセプタ
１１  給電部
１２  ヒータ
２０  排気口
２５  誘電体
２７  金属電極
３０、４６、６５  接続部材
３２  空間部
３７  Ｏリング
４２、５２、７２  ガス放出孔
４５  金属カバー
５５  サイドカバー
５６、５７  溝
５８  サイドカバー内側部分
５９  サイドカバー外側部分
８５  マイクロ波源
８６  同軸管
９０  分岐板
９２  金属棒
１０２  ガス供給源
１０３  冷媒供給源
【図１】
0005213530.tif 000012
【図２】
0005213530.tif 000013
【図３】
0005213530.tif 000014
【図４】
0005213530.tif 000015
【図５】
0005213530.tif 000016
【図６】
0005213530.tif 000017
【図７】
0005213530.tif 000018
【図８】
0005213530.tif 000019
【図９】
0005213530.tif 000020
【図１０】
0005213530.tif 000021
【図１１】
0005213530.tif 000022
【図１３】
0005213530.tif 000023
【図１４】
0005213530.tif 000024
【図１５】
0005213530.tif 000025
【図１６】
0005213530.tif 000026
【図１７】
0005213530.tif 000027
【図１８】
0005213530.tif 000028
【図１９】
0005213530.tif 000029
【図２０】
0005213530.tif 000030
【図２１】
0005213530.tif 000031
【図２２】
0005213530.tif 000032
【図２３】
0005213530.tif 000033
【図２４】
0005213530.tif 000034
【図２５】
0005213530.tif 000035
【図２６】
0005213530.tif 000036
【図２７】
0005213530.tif 000037
【図２８】
0005213530.tif 000038
【図２９】
0005213530.tif 000039
【図３０】
0005213530.tif 000040
【図３１】
0005213530.tif 000041
【図３２】
0005213530.tif 000042
【図３３】
0005213530.tif 000043
【図３４】
0005213530.tif 000044
【図３５】
0005213530.tif 000045
【図３６】
0005213530.tif 000046
【図３７】
0005213530.tif 000047
【図１２】
0005213530.tif 000048